正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的合成及性能

采用低温固相法制备镍锰复合草酸盐，煅烧后生成的镍锰复合氧化物与Li₃CO₃混合，在空气中于700 ℃反应12 h，得到LiNi_0.5Mn_1.5O₄。通过XRD，SEM和恒电流充放电测试对样品进行了表征。XRD结果表明：复合草酸盐经390 ℃煅烧3 h，生成了多相氧化物；合成的LiNi_0.5Mn_1.5O₄为纯相，具有立方尖晶石结构。电化学测试结果表明，合成的样品在室温和高温(55 ℃)下，具有较好的电化学性能；大电流充放电时，具有良好的循环性能。     

金@氧缺陷二氧化钛核壳纳米颗粒的制备及光催化产氢

通过水解TiCl₃在金纳米颗粒外表生长TiO₂,然后在Ar/H₂气氛中高温煅烧成功地合成了核壳形貌的Au@H-TiO₂缺陷结构。采用XRD、TEM、XPS、UV-Vis测试方法对产物的物相结构、形貌及光吸收能力做了系统的分析。与不存在缺陷态的TiO₂和Au@A-TiO₂相比,Au@H-TiO₂表现出最高的产氢速率,这可以归因于其电荷分离效率的提高和电荷转移阻抗的降低,瞬态光电流测试以及电化学阻抗数据证实了这一结论。这些性能的改进可能与Au@H-TiO₂中的Ti³⁺自掺杂和Au修饰有关。     

LaF3表面修饰LiMn2O4的合成方法及电化学性能的研究

通过高温固相法制得尖晶石LiMn₂O₄,然后在通过简单易行的无水乙醇蒸干法包覆LaF₃来修饰LiMn₂O₄。利用XRD,SEM来表征LaF₃修饰的LiMn₂O₄的结构和形貌特征,并通过电化学测试研究LaF₃修饰LiMn₂O₄的高温和常温下的电化学性能,另外结合电化学阻抗谱（EIS）和循环伏安（CV）考察表面修饰的锰酸锂的循环阻抗和循环可逆性。结果显示：经LaF₃修饰过的LiMn₂O₄仍具有尖晶石结构,并且具有良好的电学性能。其中,以3wt%的修饰效果最好,常温循环100次和高温循环50次的循环保持率分别是91%和90%;而且,EIS和CV分别表明经LaF₃修饰的LiMn₂O₄的电荷传递阻抗明显减小,其循环可逆性也明显提高。     

掺钛电解二氧化锰制掺杂LiMn2O4的电化学性能

由掺钛电解二氧化锰和氢氧化锂固相烧结制得系列掺钛或掺镍-钛或掺钴-钛的尖晶石锂锰氧化物样品。采用XRD、充放电循环、交流阻抗、拉曼光谱和环境扫描电镜研究了掺杂对样品电化学性能的改善作用。实验结果表明,在4.6～2.5 V电压区间，600 ℃合成的掺钛尖晶石样制备的扣式电池新样、未经过充放电循环贮存3个月的贮存样、经过40循环充放电并以充电态存放3个月的充电-贮存样进行的充放电循环中,初始放电容量分别为205 mAh·g^-1、172 mAh·g^-1和175 mAh·g^-1，40循环的容量衰减率分别为20.5%、12%、16%。掺钛明显改善尖晶石样的贮存性能。交流阻抗实验表明,掺钛可以保持尖晶石样品存放过程电荷传递阻抗和SEI层阻抗的稳定,并明显减小充电-贮存样的这两项阻抗。非原位XRD衍射表明,掺钛改善了存放过程样品晶粒的稳定性。在深度放电的条件下同时掺杂钴-钛或镍-钛不能明显改善尖晶石样的电化学性能,而掺钛能明显改善尖晶石锂锰氧化物的贮存性能。     

Ni/NiCo2O4电极的制备及其析氧反应性能

采用溶胶-凝胶法制备NiCo₂O₄尖晶石粉体, 然后以多孔Ni 为基体, 通过复合溶胶涂覆结合烧结制备Ni/NiCo₂O₄ 涂层电极. 运用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱(EDS)和X 射线衍射(XRD)表征粉体以及Ni/NiCo₂O₄涂层电极的组成和结构. 采用循环伏安(CV), 稳态极化(LSV), 电化学阻抗谱(EIS), 恒电位阶跃以及恒电位长时间电解研究涂层电极在5 mol·L^-1 KOH溶液中的电催化析氧反应(OER). 结果表明: Ni/NiCo₂O₄涂层电极与多孔Ni 电极对比, 具有低的析氧过电位、高的比表面积和高的稳定性能; 其中比表面积增大了28.69倍,表观活化能在不同过电位分别降低了166.78和162.15 kJ·mol^-1.     

脊椎状NiCo2O4纳米棒的制备及其析氧和氧还原性能研究

以水热法并进一步焙烧合成脊椎状NiCo₂O₄纳米棒，通过透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）和热重分析仪（TG）等来表征其结构形态及热稳定性.采用线性扫描法（LSV）、循环伏安（CV）研究所制备催化剂的在玻碳和旋转圆盘电极上的电催化活性：在0.1 mol·L^-1 KOH溶液中的电催化析氧反应（OER）和电催化氧还原反应（ORR）.研究结果表明，所制备的脊椎状NiCo₂O₄纳米棒有大量的不饱和态，200℃焙烧制备的脊椎状NiCo₂O₄纳米棒析氧过电位最小可达309 mV，Tafel斜率145.6 mV/dec，其氧还原极限电流密度在1600 rmp可达到5.095 mA·cm^-2，电子转移数在3.2~3.8之间，接近四电子转移机理，其优良电化学性能可能是由于暴露了更多的边缘缺陷的缘故.     

MgFe0.1Al1.9O4 的合成及其催化乙苯与 CO2 的氧化脱氢反应

 以柠檬酸为络合剂, 采用溶胶-凝胶法制备了具有尖晶石结构的 MgFe_0.1Al_1.9O₄ 催化剂, 并将其用于催化乙苯与 CO₂ 氧化脱氢反应. 运用 X 射线衍射、X 射线能量色散光谱分析、红外光谱、热重-差热、N₂ 吸附-脱附和 H₂ 程序升温还原等技术对催化剂进行了表征. 结果表明, 在 650 ºC 以上焙烧即可制得结构确定、组成均一的 Mg-Fe-Al-O 复合氧化物催化剂, 其中 Fe 物种主要以同晶取代的形式存在于尖晶石骨架中. 随着焙烧温度的升高, 尖晶石结晶度提高, Fe 物种还原能力下降, 催化剂晶粒度增大, 比表面积降低. 700 ºC 焙烧制备的 MgFe_0.1Al_1.9O₄ 具有较好的催化乙苯与 CO₂ 氧化脱氢反应活性和稳定性.     

焙烧气氛对LiNi0.5Mn0.5O2中Li/Ni混排及电化学性能的影响

用固相法分别在氧气和空气气氛下合成了层状锂离子电池正极材料LiNi_0.5Mn_0.5O₂, 采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电化学阻抗谱(EIS)及充放电性能测试对其结构、形貌和电化学性质进行表征, 用Rietveld精修计算晶体结构中的Li/Ni混排率, 研究了混排率与电化学性能的关系. 结果显示, 在不同的焙烧气氛下均能合成出纯相和结晶性良好的LiNi_0.5Mn_0.5O₂, 但两种材料在电化学性能上存在一定的差异. 氧气气氛下焙烧合成的材料在首次放电容量, 循环稳定性方面均优于空气气氛下合成的材料. 在0.1C充放电条件下氧气气氛下焙烧得到的LiNi_0.5Mn_0.5O₂材料首次放电容量达到178 mAh·g^-1, 充放电循环50圈后容量为165 mAh·g^-1, 容量保持率为92.7%; 而在空气气氛下焙烧得到的LiNi_0.5Mn_0.5O₂材料首次放电容量为164 mAh·g^-1, 充放电循环50圈后容量为137 mAh·g^-1, 容量保持率为83.5%. 氧气气氛下合成的材料具有较优的电化学性能可归因于氧气气氛下焙烧合成的LiNi_0.5Mn_0.5O₂具有较小的Li/Ni混排率.     

焙烧与预处理条件对 Co3O4 催化氧化 CO 性能的影响

采用沉淀法制备了 Co₃O₄, 考察了焙烧和预处理条件对其结构、低温催化氧化 CO 性能的影响. 热重分析表明, 未经焙烧的样品以 Co(OH)₂CO₃ 的形式存在, 150~400 ^oC 空气气氛中焙烧后, 样品以立方相 Co₃O₄ 的形式存在. N2 吸附-脱附法、X 射线衍射、透射电镜及活性测试结果表明, 以纳米颗粒物存在的 Co₃O₄ 的比表面积、颗粒尺寸、催化氧化 CO 活性与焙烧温度密切相关. 正电子湮没寿命谱、O₂-程序升温脱附与定温条件下 CO 氧化测试结果表明, 合适温度 (150~250 ^oC) 下 N₂ 预处理有利于 Co₃O₄ 表面氧空穴团的形成, 它在吸附活化分子氧以及 CO 催化氧化反应中起到关键作用. 同时讨论了预处理作用下Co₃O₄表面氧空穴的再构机制.     

锰源对尖晶石LiMn2O4高温性能的影响

为考察不同锰源对所制备尖晶石LiMn₂O₄(LMO)电化学性能的影响(特别是高温性能),采用沉淀法制备前驱体,通过不同煅烧温度制备得到最常用的锰氧化物(MnO₂、Mn₂O₃和Mn₃O₄)为锰源,经相同条件制备得到LMO正极材料,通过考察所得LMO形貌及电化学性能来研究锰源与LMO电化学性能的关系。研究结果表明,相同的前驱体在不同煅烧温度下可以得到不同的锰氧化物,且各自具有不同的形貌结构。由这些锰氧化物都可以得到高纯度的LMO,但产物形貌结构以及材料中的八面体晶体含量和尺寸不同。由Mn₂O₃制备得到的LMO材料中的八面体晶体含量最多,且尺寸最均匀,在3种LMO中容量性能、倍率性能和循环性能最好：0.2C(1C=148 mA·g^-1)下首次放电比容量为131.8 mAh·g^-1;3C下还有100.4 mAh·g^-1的放电比容量。其对应半电池在0.5C下循环100次后,放电比容量还有116.0 mAh·g^-1,容量保持率为93.9%,电化学储能性能远远优于其他2种LMO。即使是在高温55 ℃下,由Mn₂O₃得到的LMO也表现出明显优于其他2种材料的高倍率性能和抗衰减性能。     

La1－xSrxNi1－yFeyO3型钙钛矿双功能氧电极的电化学性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了一系列La_1－xSr_xNi_1－yFe_yO₃ (x＝0, 0.1, 0.2, 0.5; y＝0～1.0)型的钙钛矿催化剂, 以活性碳为载体, PTFE乳液为粘接剂制备双功能氧电极. 对催化剂进行了XRD结构分析以及SEM分析和BET比表面积测量. 采用三电极体系测试了氧电极的稳态极化曲线和电化学交流阻抗谱并对其阴极极化和阳极极化的交流阻抗谱图进行分析. 通过等效电路的拟合研究了该系列双功能氧电极氧还原反应的工作机理. 实验表明对于LaNiO₃化合物, B位掺杂可显著提高催化剂的电催化性能; 电极氧还原反应的极化主要由电荷转移反应和Nernstian扩散过程造成. 通过各个电极对于催化分解H₂O₂的分解速率常数的测定得知, Ni离子对于催化H₂O₂分解反应的活性大于Fe离子, 继续在对于氧还原反应和氧析出反应都具有较高电催化活性的LaNi_0.8Fe_0.2O₃催化剂上进行A位掺杂Sr离子后显著提高了催化剂分解H₂O₂的催化活性, 主要是因为氧空位的增多和金属离子d电子含量的降低有利于催化分解H₂O₂的活性的提高, 但由于氧空位的增多导致催化剂电导率的降低, 所以其电催化活性降低了. 通过多圈循环伏安扫描的测试, 催化剂LaNi_0.8Fe_0.2O₃有很好的稳定性.     

Sn-substituted LiMn2O4 thin films prepared by RF magnetron sputtering

The spinel thin films of LiMn₂O₄ and LiSn_0.0125Mn_1.975O₄ prepared by RF magnetron sputtering were studied with focusing on structural and electrochemical properties. The LiSn_0.0125Mn_1.975O₄ thin films showed the superior properties, i.e., a high capacity retention of 94% at the current rate of 5 C after 90 cycles, due to the increase in Mn valence and the decrease in oxygen deficiency. The larger oxygen deficiency in undoped LiMn₂O₄ thin films was confirmed by the increased lattice volume and structural degeneration.     

La1－xSrxNi1－yCoyO3双功能氧电极的电化学性能

采用溶胶-凝胶法制备了一系列La1－xSrxNi1－yCoyO3（x=0、0.1、0.2、0.5； y=0～1.0）型的钙钛矿催化剂，并以活性碳为载体制备双功能氧电极.对催化剂进行了XRD结构分析以及XPS表面分析.采用三电极体系测试了氧电极的稳态极化曲线和电化学交流阻抗谱并对其阴极极化和阳极极化谱图进行了分析.实验表明，对于LaNiO3化合物，B位掺杂可显著提高催化剂表面的B离子浓度, 从而提高电催化性能；而A位掺杂由于导致有序化氧空位的增多和电导的降低而造成活性下降.电极氧还原反应的极化主要由电荷转移反应和能斯特扩散过程造成.     

Comparison of different soft chemical routes synthesis of submicro-LiMn<Subscript>2</Subscript>O<Subscript>4</Subscript> and their influence on its electrochemical properties

A comparative study of submicro-crystalline spinel LiMn₂O₄ powders prepared by two different soft chemical routes such as hydrothermal and sol–gel methods is made. The dependence of the physicochemical properties of the spinel LiMn₂O₄ powder has been extensively investigated by using X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy, scanning electron microscope, cyclic voltammogram, charge–discharge test, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The results show that the electrochemical performances of spinel LiMn₂O₄ depend strongly upon the synthesis method. The LiMn₂O₄ powder prepared by hydrothermal route has higher specific capacity and better cycling performance than the one synthesized from sol–gel method. The former has the max discharge capacity of 114.36 and 99.78 mAh g⁻¹ at the 100th cycle, while the latter has the max discharge capacity of 98.67 and 60.25 mAh g⁻¹ at the 100th cycle. The selected equivalent circuit can fit well the EIS results of synthesized LiMn₂O₄. For spinel LiMn₂O₄ from sol–gel method and hydrothermal route in the first charge process R _SEI remain almost invariable, R _e and R _ct first decreasing and then increasing with the increase of polarization potential.     

锰源对燃烧法制备5V级正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的影响

以硝酸锰和醋酸锰,采用蔗糖燃烧法制备锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4通过XRD、SEM、粒径分布测试、循环伏安、恒流充放电测试以及交流阻抗等方法,研究了醋酸锰和硝酸锰对产物的结构、形貌、粒径及电化学性能的影响。XRD测试结果表明样品的结构都为立方尖晶石型,属于Fd3m空间群。不同的锰源对材料的粒径及粒径分布有很大的影响。以醋酸锰为原料制得的材料的粒径较小并且分布更均匀,有利于锂离子的脱出和嵌入从而提高电化学性能。以醋酸锰为锰源制得的LiNi0.5Mn1.5O4在3.6~5.2 V的充放电电压范围内的电化学性能更好,1C(1C=140.0 mA.g-1)倍率的首次放电容量为144.5 mAh.g-1,循环100周后容量保持率为96%,在3C,5C,10C以及20C的放电容量分别为136.3,132.0,124.7以及96.6 mAh.g-1。     

Temperature Ramp Strategy for Regulating Oxygen Vacancies in NiCo2O4 Nanoneedles Towards Enhanced Electrocatalytic Water Splitting

Oxide-based systems often suffer from higher overpotentials compared to transition metal sulfides and phosphides for the electrochemical hydrogen evolution reaction (HER). Interestingly, the generation of oxygen vacancy/defect has been seen as the strategy for further activating transition metal oxides (NiCo₂O₄ as a model system) for an electrochemical water-splitting process. Herein, we employ the temperature ramp strategy (ambient air calcination) for the generation of oxygen vacancies in NiCo₂O₄ (NCO) towards the tuning of electrocatalytic enhancements. The NiCo₂O₄ synthesized at temperature ramp rates of 2 °C/min (NCO-2), 5 °C/min (NCO-5), and 10 °C/ min (NCO-10) depicts contrasting structural features and varying Ni : Co : O surface composition. The decrease in the crystallite size and converse trend in the particle strain were observed from NCO-2 to NCO-10. Interestingly, the surface Ni : Co : O ratios of 1 : 0.78 : 3.6, 1 : 0.81 : 3.3, and 1 : 0.69 : 2.8 for NCO-2, NCO-5, and NCO-10, respectively, were observed. The reduced relative oxygen ratio in the latter implies the generation of an ample amount of oxygen vacancy defects. HER performance depicts a consistent trend with enhanced oxygen defect concentration with the overpotential requirement of 700, 647, and 597 mV for NCO-2, NCO-5, and NCO-10, respectively, for the generation of a cathodic current of 25 mA cm⁻². The same trend in an electrocatalytic enhancement is observed for other cathodic currents.     

尖晶石型LiMn2-xInxO4(x=0，0.01，0.02，0.05)的合成及电化学性能研究

以醋酸锰、氢氧化锂和三氧化二铟为原料,以柠檬酸为配位剂,采用溶胶-凝胶法制备了掺杂In的尖晶石LiMn2-xInxO4(x=0,0.01,0.02,0.05),采用XRD、SEM对目标材料进行了结构和形貌表征,采用恒流充放电、循环伏安(CV)以及交流阻抗(EIS)谱测试对材料进行了电化学性能表征,考察了不同In掺杂量对材料性能的影响。结果表明,当In掺杂量为1%时,LiMn1.99In0.01O4样品具有纯的尖晶石锰酸锂结构,在0.5C和3.4～4.35 V电压范围条件下,LiMn1.99In0.01O4的初始放电容量为119.9 mAh.g-1,经过1C 30次,2C 30次,再0.5C 5次循环后,其放电容量保持率为84.9%,显示了良好的电化学性能。掺杂1%的In的样品比未掺杂的样品具有更优的高温循环稳定性能。     

石墨烯/尖晶石LiMn2O4纳米复合材料制备及电化学性能

采用溶胶凝胶法和还原氧化石墨法制备尖晶石LiMn2O4纳米晶和石墨烯纳米片,并采用冷冻干燥法制备了石墨烯/尖晶石LiMn2O4纳米复合材料,利用XRD、SEM、AFM等对其结构及表面形貌进行表征;利用CV、充放电、EIS研究纳米复合材料的电化学性能和电极过程动力学特征。结果表明:纳米LiMn2O4电极材料及其石墨烯掺杂纳米复合材料的放电比容量分别为107.16 mAh.g-1,124.30 mAh.g-1,循环100周后,对应容量保持率为74.31%和96.66%,石墨烯可显著改善尖晶石LiMn2O4电极材料的电化学性能,归结于其良好的导电性。纳米复合材料EIS上感抗的产生与半导体尖晶石LiMn2O4不均匀地分布在石墨烯膜表面所造成局域浓差有关,并提出了感抗产生的模型。